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高溫煙氣除塵溫度與煙氣來源
在化工、石油、冶金、電力及其他行業(yè)中,常產生高溫含塵氣體。由于不同工藝需要或回收能量抑或達到環(huán)保排放標準,都需對這些高溫含塵氣體進行除塵。煙氣中的熱量以顯熱和潛熱兩種形式存在。熱數(shù)量取決于煙氣的溫度和煙氣組成成分的熱容量。潛熱數(shù)量取決于煙氣中以水蒸汽形態(tài)存在的水量的多少。根據(jù)溫度的高低,可將煙氣分為高溫煙氣(>600℃)、中溫煙氣(230~600℃)和低溫煙氣(<230℃),這是熱能動力工程關于煙氣的劃分。但關于過濾煙氣的溫度劃分還沒有統(tǒng)一的標準,目前只是籠統(tǒng)的認為220℃以上的煙氣就叫高溫煙氣。因為目前高溫煙氣的過濾工程應用,也就是說濾袋運行工作環(huán)境一般都使高溫煙氣通過降溫措施后達到200℃~250℃左右以下進行。因此參照熱能動力工程的劃分標準,在煙氣過濾行業(yè),可將待過濾的煙氣劃分為常溫煙氣(<120℃),常高溫煙氣(<250℃)、亞高溫煙氣(250~450℃),高溫煙氣(<800℃),本文主要對大于250℃的高溫煙氣進行研究。250~280℃是一個煙氣溫度臨界點,對于目前所有工業(yè)領域,排除結露故障是足足有余的,這就不僅為防止袋式除塵器的腐蝕和降低設備材料的成本費創(chuàng)造了條件,而且可避免因濾料表面結露引起系統(tǒng)阻力上升的故障。
高溫煙氣的熱能由于溫度高,其能級較高,因此很容易加以利用,一般都應大限度地將其轉化為機械能,用于動力,既所謂的“高質高用”。在利用這些“高質”煙氣之前,都需要對這些高溫煙氣進行氣固分離,也就是重點將高溫煙氣粉塵除去。
高溫除塵技術具有如下特點:
(1) 除塵溫度高。所要凈化的含塵氣體溫度高,有時候竟達到600℃~1400℃;
(2) 除塵顆粒細,煙塵顆粒小于5μm~10μm,甚至在亞微米級;
(3) 除塵凈化標準高,要求出口濃度為10mg/Nm³~50mg/Nm³;
(4) “低阻”,經濟性能好;
(5) 清灰性能好,可在線反吹、變形小、使用壽命長;
(6) 耐腐蝕能力強,優(yōu)良的耐高溫氣體腐蝕能力、化學性能穩(wěn)定。
高溫除塵技術要求高,采用簡單的氣固分離除塵設備是遠遠達不到如此苛刻要求的。近幾年來,采用過濾技術的來實現(xiàn)高溫除塵室目前有效方式之一,也是顆粒物凈化工業(yè)上有前途技術之一。高溫過濾技術是國內外一項跨世紀的,我國和世界各國都在開發(fā)這項技術。
高溫煙氣來源可以分為兩部分。
一是工藝高溫煙(尾)氣,在化工、石油、冶金、電力及其他行業(yè)中,經過工藝或工質作用后常余留產生的高溫含塵氣體,屬于被動性煙氣,也是余熱資源重點研究領域。由于不同工藝需要或回收能量抑或達到環(huán)保排放標準,都需對這些高溫含塵氣體進行除塵。如近年來,氧氣頂吹轉爐在我國得到大規(guī)模的發(fā)展,高爐鐵水進行轉爐吹氧煉鋼已成為主要的煉鋼工藝,截至2005年底,我國轉爐煉鋼已達到3.5億t。轉爐在吹氧冶煉期間產生的余熱,轉爐煙氣的溫度為1450℃左右,高可達1600℃,經過汽化煙罩冷卻至1000℃左右。2005年,我國轉爐煙氣理論發(fā)生量總計為4.9×10¹¹Nm³,其中作為煤氣回收的量為3.5×10¹¹Nm³,其熱值相當于900萬t標準煤;800~1000℃以下的煙氣熱量沒有回收,大約2.1×10¹³GJ熱量,相當于700萬t標準煤。 在高溫條件下,由于粘滯力有較大變化,濕度大幅下降,細顆粒凝聚現(xiàn)象大為降低,所以對微粒的分離有較高難度。高溫時采用的設備材質、結構形式以及熱膨脹等工程問題往往影響設備的有效正常運行。
二是燃燒高溫煙(煤)氣,此類煙氣屬于主動性煤煙氣,在整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)和增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)(PFBC-CC)是兩種燃煤聯(lián)合循環(huán)(ACFCC)的基本方式中,都希望進入燃氣輪機前送入的為干凈煙氣,特別是對煙氣顆粒物的去除,因為顆粒物的進入將會腐蝕透平機械葉片上的熱涂層,終導致對透平機械的磨損。這一技術需要解決的難點就是要求進入燃氣透平高達900~1300℃的氣體除塵,為了減少固體顆料對透平機葉片的高速沖蝕與高速熔蝕,要求進入透平機中,0~4μm顆料含量小于19.9mg/Nm³,顆料大于5μm的小于0.3mg/Nm³,即要求固體顆料含量小于22.5mg/Nm³。
高溫煙氣用過濾纖維介質應用現(xiàn)狀
高溫過濾除塵技術是近幾年以來在顆粒物捕集方面具發(fā)展前途的技術之一。過濾介質是高溫過濾技術的核心,可稱為“心臟”。過濾介質的好好直接影響過濾效果以及過濾壽命。
過濾單元根據(jù)過濾材料是否由纖維或顆粒組成可進行相應分類,即過濾纖維材料和顆粒層過濾材料。以來,這項技術在電廠除塵技術推動下不斷前進,但焦點也開始轉向化工和過程處理工業(yè)。
高溫過濾技術目前主要是纖維過濾,當前主要指耐高溫纖維過濾。纖維狀材料具有比表面積大的優(yōu)點,因而就具有較低的壓降和較高的過濾效率。因此,纖維過濾被得到廣泛關注和使用。由于工作溫度高、氣體腐蝕性強等特點,對高溫氣體除塵用過濾材料有很高的要求。過濾材料必須滿足過濾特性、使用壽命、價格等方面的要求。